Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Архитектура ядра
Ядро микроконтроллеров AVR семейства Mega выполнено по усовершенствованной RISC-архитектуре, в которой используется ряд решений, направленных на повышение быстродействия микроконтроллеров.
Архитектура ядра микроконтроллеров AVR
Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее все вычисления, подключено непосредственно к 32 рабочим регистрам, объединенным в регистровый файл. Благодаря этому, АЛУ может выполнять одну операцию (чтение содержимого регистров, выполнение операции и запись результата обратно в регистровый файл) за 1 такт. Кроме того, практически каждая из команд (за исключением команд, у которых одним из операндов является 16-битный адрес) занимает одну ячейку памяти программ.
В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, характеризующаяся раздельной памятью программ и данных, каждая из которых имеет собственные шины доступа. Такая организация позволяет одновременно работать как с памятью программ, так и с памятью данных. Разделение информационных шин позволяет использовать для каждого типа памяти шины различной разрядности, причем способы адресации и доступа к каждому типу памяти также различаются. В сочетании с двухуровневым конвейером команд такая архитектура позволяет достичь производительности в 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.
Общие сведения
Как и все микроконтроллеры AVR фирмы Atmel, они изготавливаются по малопотребляющей КМОП-технологии, которая в сочетании с усовершенствованной RISC-архитектурой позволяет достичь наилучшего соотношения стоимость/быстродействие/энергопотребление.
Отличительные особенности
К особенностям микроконтроллеров AVR семейства Mega можно отнести:
• FLASH-память программ объемом от 8 до 256 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 10 000);
• оперативная память (статическое ОЗУ) объемом от 512 байт до 8 Кбайт;
• память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом от 256 байт до 4 Кбайт (число циклов стирания/записи не менее 100 000);
• возможность защиты от чтения и модификации памяти программ и данных;
• возможность программирования непосредственно в системе через последовательные интерфейсы SPI и JTAG;
• возможность самопрограммирования;
• возможность внутрисхемной отладки в соответствии со стандартом IEEE 1149.1 (JTAG), а также наличие собственного однопроводного интерфейса внутрисхемной отладки debugWire;
• разнообразные способы синхронизации: встроенный RС-генератор с внутренней или внешней времязадающей RС-цепочкой, встроенный генератор с внешним кварцевым или пьезокерамическим резонатором, внешний сигнал синхронизации;
• наличие нескольких режимов пониженного энергопотребления;
• наличие детектора пониженного напряжения питания (Brown-Out Detector —BOD);
• возможность программного снижения частоты тактового генератора.
Характеристики процессора
Основными характеристиками процессора микроконтроллеров AVR семейства Mega являются:
• полностью статическая архитектура, минимальная тактовая частота равна нулю;
• арифметико-логическое устройство (АЛУ) подключено непосредственно к регистрам общего назначения (32 регистра);
• большинство команд выполняются за один период тактового сигнала;
• векторная система прерываний, поддержка очереди прерываний;
• большое число источников прерываний (до 45 внутренних и до 32 внешних);
• наличие аппаратного умножителя.
Характеристики подсистемы ввода/вывода
Подсистема ввода/вывода микроконтроллеров AVR семейства Mega имеет следующие особенности:
• программное конфигурирование и выбор портов ввода/вывода;
• выводы могут быть запрограммированы как входные или как выходные независимо друг от друга;
• входные буферы с триггером Шмитта на всех выводах;
• имеется возможность полного отключения цифрового порта ввода/вывода от физического вывода микросхемы;
• на всех входах имеются индивидуально отключаемые внутренние подтягивающие резисторы сопротивлением 20...50 кОм.
Периферийные устройства
Микроконтроллеры семейства Mega имеют богатый набор периферийных устройств (ПУ):
• один или два 8-битных таймера/счетчика. Во всех моделях с двумя 8-битными таймерами/счетчиками один из них может работать в качестве часов реального времени (в асинхронном режиме);
• от одного до четырех 16-битных таймеров/счетчиков;
• сторожевой таймер;
• одно- и двухканальные генераторы 8-битного ШИМ-сигнала (один из режимов работы 8-битных таймеров/счетчиков);
• двух- и трехканальные генераторы ШИМ-сигнала регулируемой разрядности (один из режимов работы 16-битных таймеров/счетчиков). Разрешение формируемого сигнала может составлять от 1 до 16 бит;
• аналоговый компаратор;
• многоканальный 10-битный АЦП последовательного приближения, имеющий как несимметричные, так и дифференциальные входы;
• последовательный синхронный интерфейс SPI;
• последовательный двухпроводный интерфейс TWI (полный аналог интерфейса I2C);
• от одного до четырех полнодуплексных универсальных синхронных/асинхронных приемо-передатчиков (USART). В ряде моделей эти приемо-передатчики могут использоваться в качестве ведущего устройства шины SPI;
• универсальный последовательный интерфейс USI, который может использоваться в качестве интерфейса SPI или I2С. Кроме того, USI может использоваться в качестве полудуплексного UART или 4/12-битного счетчика.
Цоколевка и описание выводов
В семейство Mega на сегодняшний день входит в общей сложности 24 модели микроконтроллеров, которые делятся на 4 группы.
1. Микроконтроллеры в 32-выводных корпусах типа TQFP и MLF (также выпускаются в 28-выводных корпусах типа DIP) с максимальным числом контактов ввода/вывода, равным 23:
• ATmega8, ATmega8L — имеют FLASH-память программ объемом 8 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 512 байт. Эти модели полностью (по цоколевке и функцио нально) обратно совместимы со снятыми с производства микроконтроллерами семейства Classic AT90S4433 и могут использоваться для их замены в новых разработках;
• ATmega48, ATmega48V — имеют FLASH-память программ объемом 4 Кбайт, ОЗУ объемом 512 байт и EEPROM-память данных объемом 256 байт;
• ATmega88, ATmega88V — имеют FLASH-память программ объемом 8 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 512 байт;
• ATmegal68, ATmegal68V — имеют FLASH-память программ объемом 16 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 512 байт.
2. Микроконтроллеры в 44-выводных корпусах типа TQFP и МLF (также выпускаются в 40-выводных корпусах типа DIP) с максимальным числом контактов ввода/вывода, равным 35 (модели с возможностью подключения внешнего ОЗУ) или 32 (остальные модели):
• ATmega8515, ATmega8515L — имеют FLASH-память программ объемом 8 Кбайт, ОЗУ объемом 512 байт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-память данных объемом 512 байт. Выпускаются также в 44-выводном корпусе типа PLCC. Эти модели по цоколевке полностью совместимы со снятыми с производства микроконтроллерами семейства Classic AT90S4414/8515. Кроме того, в них предусмотрен режим совместимости с моделями AT90S4414/8515 (в этом режиме обеспечивается их полная функциональная совместимость);
• ATmega8535, ATmega8535L — имеют FLASH-память программ объемом 8 Кбайт, ОЗУ объемом 512 байт и EEPROM-память данных объемом 512 байт. Выпускаются также в 44-выводном корпу се типа PLCC. Эти модели по цоколевке полностью совместимы со снятыми с производства микроконтроллерами семейства Classic AT90S8535. Кроме того, в них предусмотрен режим совместимости с моделями AT90S8535 (в этом режиме обеспечивается их полная функциональная совместимость);
• ATmegal6, ATmegal6L — имеют FLASH-память программ объемом 16 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 512 байт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 32. Эти модели полностью (по цоколевке и функционально) обратно совместимы со снятыми с производства микроконтроллерами семейства ATMegal63(L) и могут использоваться для их замены в новых разработках;
• ATmegal62, ATmegal62V — имеют FLASH-память программ объемом 16 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-na-мять данных объемом 512 байт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 32. Эти модели по цоколевке полностью совместимы со снятыми с производства микроконтроллерами ATmegal61(L). Кроме того, в них предусмотрен режим совместимости с моделями ATmegal61x (в этом режиме обеспечивается их полная функциональная совместимость);
• ATmegal64, ATmegal64V — имеют FLASH-память про грамм объемом 16 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 512 байт;
• ATmega32, ATmega32L — имеют FLASH-память программ объемом 32 Кбайт, ОЗУ объемом 2 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 1 Кбайт. Эти модели полностью (функционально и по цо колевке) обратно совместимы с микроконтроллерами ATmega323(L) и могут использоваться для их замены в новых разработках;
• ATmega324, ATmega324V имеют FLASH-память программ объемом 32 Кбайт, ОЗУ объемом 2 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 1 Кбайт;
• ATmega644, ATmega644V — имеют FLASH-память программ объемом 32 Кбайт, ОЗУ объемом 4 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 2 Кбайт.
3. Микроконтроллеры в 64-выводных корпусах типа TQFP и MLF:
• ATmegal65, ATmegal65V — имеют FLASH-память программ объемом 16 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 512 байт. Максимальное число контактов ввода/вы вода равно 53;
• ATmega325, ATmega325V — имеют FLASH-память программ объемом 32 Кбайт, ОЗУ объемом 2 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 1 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вы вода равно 53;
• ATmega645, ATmega645V — имеют FLASH-память программ объемом 16 Кбайт, ОЗУ объемом 4 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 2 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вы вода равно 53;
• ATmega64, ATmega64L — имеют FLASH-память программ объемом 64 Кбайт, ОЗУ объемом 4 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-память дан ных объемом 2 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 53;
• ATmegal28, ATmegal28L — имеют FLASH-память программ объемом 128 Кбайт, ОЗУ объемом 4 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-na-мять данных объемом 4 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 53;
• ATmegal281, ATmegal281V - имеют FLASH-память программ объемом 128 Кбайт, ОЗУ объемом 8 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-na-мять данных объемом 4 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 54;
• ATmega2561, ATmega2561V — имеют FLASH-память программ объемом 256 Кбайт, ОЗУ объемом 8 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-na-мять данных объемом 4 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 54.
4. Микроконтроллеры в 100-выводных корпусах типа TQFP:
• ATmega3250, ATmega3250V — имеют FLASH-память программ объемом 32 Кбайт, ОЗУ объемом 2 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 1 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 68;
• ATmega6450, ATmega6450V — имеют FLASH-память программ объемом 64 Кбайт, ОЗУ объемом 4 Кбайт и EEPROM-память данных объемом 2 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 68;
• ATmega640, ATmega640V — имеют FLASH-память программ объемом 64 Кбайт, ОЗУ объемом 8 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-па мять данных объемом 4 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 86;
• ATmegal280, ATmegal280V — имеют FLASH-память программ объемом 128 Кбайт, ОЗУ объемом 8 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-па мять данных объемом 4 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 86;
• ATmega2560, ATmega2560V — имеют FLASH-память программ объемом 128 Кбайт, ОЗУ объемом 8 Кбайт (с возможностью подключения внешнего ОЗУ объемом до 64 Кбайт) и EEPROM-память данных объемом 4 Кбайт. Максимальное число контактов ввода/вывода равно 86.
Основные параметры всех микроконтроллеров семейства, такие как объем памяти (программ и данных), число контактов ввода/вывода, тип корпуса, диапазон рабочих частот и напряжения питания, для примера, приведены в последующей таблице. Дополнительно следует отметить, что одни модели микроконтроллеров семейства выпускаются как в коммерческом (диапазон рабочих температур от 0 …до +70°С), так и в промышленном (диапазон рабочих температур от -40 …до +85°С) исполнениях, а другие — только в промышленном.
Основные параметры микроконтроллеров AVR семейства Mega
В последующих таблицах (в качестве примера) для каждой линейки микроконтроллеров приведены обозначения выводов и указаны их функции (как основные, так и допол нительные). Кроме того, для каждого вывода в таблицах указан его тип (вход, выход, вывод питания).
В таблицах использованы следующие обозначения:
I — вход;
О — выход;
I/O — вход/выход;
Р — вывод питания;
ША — шина адреса;
ШД — шина данных.
Расположение выводов (вид сверху) моделей ATmega8515x
Описание выводов моделей ATmega8515x
Расположение выводов (вид сверху) моделей ATmega48x/88x/168x
Описание выводов моделей ATmega48x/88x/168x
Архитектура микроконтроллеров семейства Меда.
Общие сведения.
Микроконтроллеры AVR семейства Mega являются 8-битными микроконтроллерами с RISC-архитектурой. Они имеют в своем составе электрически стираемую память программ (FLASH) и данных (EEPROM), а также разнообразные периферийные устройства. Следует отметить, что набор периферийных устройств в микроконтроллерах семейства Mega гораздо богаче, чем в микроконтроллерах семейства Tiny. Более того, состав этих устройств от модели к модели практически не меняется (меняется только количество однотипных модулей и их функциональные возможности). В любой модели имеется хотя бы по одному 8- и 16-битному таймеру/счетчику, хотя бы по одному интерфейсному модулю USART и SPI, аналоговый компаратор, сторожевой таймер и, конечно, порты ввода/вывода. К устройствам, присутствующим не во всех моделях семейства, относятся АЦП, модуль двухпроводного интерфейса TWI (Two Wire Interface, аналог шины I2С), а также модули интерфейсов JTAG и debugWire.
Чтобы облегчить изучение микроконтроллеров семейства, далее на рисунках приведены их структурные схемы.
Особенностями структурной схемы микроконтроллера ATmega8515x являются:
• 5 портов ввода/вывода (порты A...D — 8-битные, порт Е — 3-битный);
• возможность подключения внешнего ОЗУ;
• один 8-битный (ТО) и один 16-битный (Т1) таймер/счетчик;
• 3 канала ШИМ;
• по одному интерфейсному модулю USART и SPI.
Структурная схема микроконтроллеров ATmega8515x
Структурная схема микроконтроллеров ATmega48x/88x/168x.
Особенностями моделей этой линейки являются:
• 3 порта ввода/вывода (порты В, D — 8-битные, порт С — 7-битный);
• вход аппаратного сброса и выводы для подключения резонатора совмещены с линиями ввода/вывода;
• два 8-битных (ТО, Т2) и два 16-битных (Т1, ТЗ) таймера/счетчика;
• 6 каналов ШИМ;
• по одному интерфейсному модулю USART, SPI и TWI, причем модуль USART может работать в режиме SPI;
• 6/8-канальный (в зависимости от корпуса) 10-битный АЦП;
• отладочный интерфейс debugWIRE.
Структурная схема микроконтроллеров ATmega48x/88x/168x
Расположение выводов микроконтролера ATxmega64A4
Структурная схема микроконтролера ATxmega64A4